【摘 要】
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近年来,水下仿生机器人越来越受到人们的重视,与之相关的研究也在不断涌现。其中,水母以其超高能量利用效率而受到众多研究者的关注,在人造机器人上模拟水母的运动模式成为当前水下仿生机器人的研究热点。现有的仿水母微型软体机器人存在着驱动设备复杂、有缆驱动限制机器人运动和驱动力不足等问题。为此,本文提出了一种基于PNIPAM温敏水凝胶的仿水母微型软体机器人,开展了仿水母微型软体机器人的可见光驱动及微小物体运
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近年来,水下仿生机器人越来越受到人们的重视,与之相关的研究也在不断涌现。其中,水母以其超高能量利用效率而受到众多研究者的关注,在人造机器人上模拟水母的运动模式成为当前水下仿生机器人的研究热点。现有的仿水母微型软体机器人存在着驱动设备复杂、有缆驱动限制机器人运动和驱动力不足等问题。为此,本文提出了一种基于PNIPAM温敏水凝胶的仿水母微型软体机器人,开展了仿水母微型软体机器人的可见光驱动及微小物体运输研究。论文的主要工作如下:采用基于模板的单体交联聚合法制备了PNIPAM/CNTs复合水凝胶。碳纳米管的引入极大的提高了水凝胶对可见光的响应能力。对所制备的复合水凝胶进行形貌、吸光性能和热力学性能表征的结果表明所制备的复合水凝胶符合预期的要求,为下一步工作的开展奠定了基础。对影响水凝胶弯曲特性的三个主要因素,即不同受光面、复合水凝胶组成成分和掺杂的碳纳米管浓度,进行了探究。此外,还对PNIPAM/CNTs复合水凝胶的稳定性和抗疲劳性进行了测试。制备了仿水母微型软体机器人并对其可见光驱动进行了实验研究,重点探究了光源“亮-灭”频率、光照强度和掺杂的碳纳米管浓度对仿水母微型软体机器人运动速度的影响。通过力学分析和COMSOL有限元仿真探究了仿水母微型软体机器人的运动机理。实验和仿真结果的对比阐明了仿水母微型软体机器人的运动原理和影响其运动速度的因素。最后探究了可见光驱动的仿水母微型软体机器人的其他运动模式和微小物体运输能力。通过对运动状态的分析,发展了仿水母微型软体机器人的行走运动和跳跃运动两种运动模式。此外,还研究了所提出的仿水母微型软体机器人在可见光驱动下运输微小物体的能力。
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